门式钢架受力分析实例.docx

门式钢架受力分析实例 门式钢架的受力分析实例一、分析种类：结构力学静力分析二、基本理论：结构矩阵分析是结构力学的一种分析方法。结构矩阵分析方法认为：结构整体可以看作是由有限个力学小单元相互连接而组成的集合体，每个单元的力学性能可以比作建筑物中的砖瓦，装配在一起就供应整体结构的力学特性。有限元法的基本思想是：1. 假想把连续系统分割成数目有限的单元，单元只在数目有限的节点相连。在节点引进等效载荷，代替实际作用与系统的外载荷 2. 对每个单元由分块近似的思想，按肯定的规则建立求解未知量与节点相互作用之间的关系 3. 把全部单元的这种特性关系按肯定条件集合起来，引入边界条件，构成一组以节点变量为未知量的代数方程组，求解就得到有限个节点处的待求变量 所以，有限元法实质上是把具有无限个自由度的联系系统，志向化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题转化为适合于数值求解的结构型问题 静力分析用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。本次分析为结构 线性静力分析 静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间改变载荷的状况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间改变载荷。静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的改变特别缓慢。静力分析所施加的载荷包括：l.外部施加的作用力和压力 2. 稳态的惯性力（如中力和离心力）3. 位移载荷 4. 温度载荷 线性静力分析的求解步骤 1.建模 2. 施加载荷和边界条件，求解 3. 结果评价 和分析三、有限元方法及软件：利用位移函数—虚功原理推导梁单元的有限元计算公式第一步：写出单元位移、节点力向量应用软件 ansys10.0 在 ansys 产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。本次分析静力分析（stastic） 四、实例：门式钢架的受力分析 4.1 问题描述：门式钢架受到均布载荷 q=200n/m 作用，其柱高 5m，横梁长 10m，柱和梁均采纳刚梁制作，杨氏模量 e=2.1e5mpa，泊松比 u=0.3，且已知柱与梁的横截面积形式均为工字梁，其中柱的参数为 w1=0.2、w2=0.2、w3=0.4、t1=0.02、t2=0.02、t3=0.01，梁的参数为柱的参数的 1.565 倍 要求：求在均布载荷 q 作用下门式钢架的剪力、最大弯距、最大转角，绘制弯距图以及剪力图。示意图：4.2 求解过程：（一）：前处理1. 修改工作名及标题名：file>changejobname 工作文件名取为 workfile>changetitle 标题名取为 beamanalysis2.设定单元类型 preprocessor/elementtype/add/edit/delete 谈出 elementtypes对话框，分别添加 beam 类型中的 2node188 与 3node1893.设定单元截面形式 preprocessor>sections>beam>commonsects。将出现梁工具对话框.按已知条件输入参数 4.定义材料属性 preprocessor>materialprops>material>materialmodels 弹出 definematerialmodelbehavior 对话框，在右边选择：structural>linear>elastic>isotropic 定义材料 15.创建模型 （1）.preprocessor>modeling-create>keypoints>inactivecs 定义四点关键点号：1 坐标值：0，0，0 关键点号：2 坐标值：0，5，0 关键点号：3 坐标值：10，0，0，关键点号：4 坐标值：10，5，0 （2）.preprocessor>modeling>create>lines>lines>straightline依次选择 1 和 2，3 和 4，2 和 4 创建三条直线 （3）.preprocessor>meshing>meshingattributes>pickedlines 选择直线 1，在材料属性 mat 下拉列表中选择 1，单元类型type 下拉列表中选择 1beam188，单元截面形态 sect 下拉列表中选择 1column，pickorientationkeypoints 项选择 yes，选择 3 点作为左侧柱子的定向关键点。preprocessor>meshing>meshingattributes>pickedlines 选择直线 2，在材料属性 mat 下拉列表中选择 1，单元类型type 下拉列表中选择 1beam188，单元截面形态 sect 下拉列表中选择 1column，pickorientationkeypoints 项选择 yes，选择 1 点作为右侧柱子的定向关键点。preprocessor>meshing>meshingattributes>pickedlines 选择直线 3，在材料属性 mat 下拉列表中选择 1，单元类型type 下拉列表中选择 2beam189，单元截面形态 sect 下拉列表中选择 2beam，pickorientationkeypoints 项选择 yes，选择 1 点作为横 梁 的 定 向 关 键 点 。 （4）.preprocessor>meshing>sizecntrls>manualsize>lines>pickedlines 选择直线 1 和 2，设置划分分数 daiv 为 5，同样方法划分直线 3 为 10（5）.preprocessor>meshing>mesh>lines 划分直线 1，2，3（6）.此时，图形窗口中，可看到钢架的有限元模型，如图所示 （二）：施加载荷及求解（1）.solution>loads>apply>structural>displacement>onkeypoints 选择底端的 1 和 3 点，建立全约束 alldof （2）.solution>loads>apply>structural>pressure>onbeams 选择 横 梁 ， 按 已 知 条 件 设 定 压 力 vali 为 -200（3）.solution>analysistype>newanalysis 选择 static 项 （4）.solution>solve>currentls 查看检查模型信息，确认无错后求解。（三）：后处理1. 求门式钢架的剪力值和最大弯距值 （1）.generalpostproc>elementtable>definetable 在 lab 文本框输入 ishear，在 bysequencenum 在上列表选择smisc 在右下框输入 5 建立 i 节点剪力的单元表数据在 lab 文本框输入 jshear，在 bysequencenum 在上列表选择 smisc 在右下框输入 18 建立 j 节点剪力的单元表数据在 lab 文本框输入 im，在bysequencenum 在上列表选择 smisc 在右下框输入 2 建立 i 节点 弯距的单元表数据 在lab文本框输入jm，在bysequencenum在上列表选择smisc在 右 下 框 输 入 15 建 立 j 节 点 剪 力 弯 距 的 单 元 表 数 据（ 2 ）.generalpostproc>listresults>elemtabledate 在 弹 出 的listelemtabledate 对话框中依次选择 ishear、jshear、im、jm 四组数据表，可查看所求的各项值，如图所示 2. 画出门式钢架的剪力图和弯距图 （ 1 ）.generalpostproc>plotresults>contourplot>lineelemres在 labi列表中选择 im 在 labj 列表中 jm 绘出门式钢架的弯距图如图所示 （ 2 ）.generalpostproc>plotresults>contourplot>lineelemres在 labi 列表中选择 ishear 在 labj 列表中 jshear 绘出门式钢架的剪力图如图所示 3. 求门式钢架的最大转角 generalpostproc>listresults>nodalsolution 在 弹 出 的listnodalsolution 左列表中选择 dofsolution 右列表中选择 rotz 单击 ok 其所求各项值如图所示 4. 画出门式钢架的变形图 generalpostproc>plotresults>deformedshape 选 择defshapeonly 显示门式钢架的变形图如图所示 5. 求支座反力 generalpostproc>listresults>reactionsolu 在 弹 出 的listreactionsolu 对话框选择 allitems，列处全部形式的支座反力如图所示 4.3 分析 五、总结本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页